<!DOCTYPE html>
<html lang=zh>
<head>
    <meta charset="utf-8">
    
    <title>CAS（乐观锁）的原理解析 | YLFJM的博客</title>
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, maximum-scale=1" />
    <meta name="description" content="CAS（比较与交换，Compare and swap） 是一种有名的无锁算法，它是乐观锁的一种实现方式。所以在进行CAS原理分析的时候，我们先来了解什么是乐观锁，什么是悲观锁。">
<meta name="keywords" content="转载,Java">
<meta property="og:type" content="article">
<meta property="og:title" content="CAS（乐观锁）的原理解析">
<meta property="og:url" content="https://ylfjmy.gitee.io/2021/09/16/CAS（乐观锁）的原理解析/index.html">
<meta property="og:site_name" content="YLFJM的博客">
<meta property="og:description" content="CAS（比较与交换，Compare and swap） 是一种有名的无锁算法，它是乐观锁的一种实现方式。所以在进行CAS原理分析的时候，我们先来了解什么是乐观锁，什么是悲观锁。">
<meta property="og:locale" content="zh-CN">
<meta property="og:updated_time" content="2021-09-16T02:21:02.954Z">
<meta name="twitter:card" content="summary">
<meta name="twitter:title" content="CAS（乐观锁）的原理解析">
<meta name="twitter:description" content="CAS（比较与交换，Compare and swap） 是一种有名的无锁算法，它是乐观锁的一种实现方式。所以在进行CAS原理分析的时候，我们先来了解什么是乐观锁，什么是悲观锁。">
    

    

    
        <link rel="icon" href="/favicon.ico" />
    

    <link rel="stylesheet" href="/vendor/font-awesome/css/font-awesome.min.css">
    <link rel="stylesheet" href="/vendor/open-sans/styles.css">
    <link rel="stylesheet" href="/vendor/source-code-pro/styles.css">

    <link rel="stylesheet" href="/css/style.css">

    <script src="/vendor/jquery/2.1.3/jquery.min.js"></script>
    
    
        <link rel="stylesheet" href="/vendor/lightgallery/css/lightgallery.min.css">
    
    
    
    
    



</head>

<body>
    <div id="container">
        <header id="header">
    <div id="header-main" class="header-inner">
        <div class="outer">
            <a href="/" id="logo">
                <i class="logo"></i>
                <span class="site-title">YLFJM的博客</span>
            </a>
            <nav id="main-nav">
                
                    <a class="main-nav-link" href="/.">YLFJM</a>
                
                    <a class="main-nav-link" href="/archives">归档</a>
                
                    <a class="main-nav-link" href="/categories">分类</a>
                
                    <a class="main-nav-link" href="/about">关于我</a>
                
            </nav>
            
                
                <nav id="sub-nav">
                    <div class="profile" id="profile-nav">
                        <a id="profile-anchor" href="javascript:;">
                            <img class="avatar" src="/css/images/logo.jpg" />
                            <i class="fa fa-caret-down"></i>
                        </a>
                    </div>
                </nav>
            
            <!--
<div id="search-form-wrap">

    <form action="//google.com/search" method="get" accept-charset="UTF-8" class="search-form"><input type="search" name="q" class="search-form-input" placeholder="搜索"><button type="submit" class="search-form-submit"> </button><input type="hidden" name="sitesearch" value="https://ylfjmy.gitee.io"></form>

</div>
-->
        </div>
    </div>
    <div id="main-nav-mobile" class="header-sub header-inner">
        <table class="menu outer">
            <tr>
                
                    <td><a class="main-nav-link" href="/.">YLFJM</a></td>
                
                    <td><a class="main-nav-link" href="/archives">归档</a></td>
                
                    <td><a class="main-nav-link" href="/categories">分类</a></td>
                
                    <td><a class="main-nav-link" href="/about">关于我</a></td>
                
                <td>
                    
    <form action="//google.com/search" method="get" accept-charset="UTF-8" class="search-form"><input type="search" name="q" class="search-form-input" placeholder="搜索"><input type="hidden" name="sitesearch" value="https://ylfjmy.gitee.io"></form>

                </td>
            </tr>
        </table>
    </div>
</header>

        <div class="outer">
            
                

<aside id="profile">
    <div class="inner profile-inner">
        <div class="base-info profile-block">
            <img id="avatar" src="/css/images/logo.jpg" />
            <h2 id="name">YLFJM</h2>
            <h3 id="title">Java程序猿</h3>
            <span id="location"><i class="fa fa-map-marker"></i>Shanghai, China</span>
            <!--<a id="follow" target="_blank" href="">关注我</a>-->
        </div>
        <div class="article-info profile-block">
            <div class="article-info-block">
                10
                <span>文章</span>
            </div>
            <div class="article-info-block">
                9
                <span>标签</span>
            </div>
        </div>
        
        <div class="profile-block social-links">
            <table>
                <tr>
                    
                    
                    <td>
                        <a href="http://github.com/ylfjm/" target="_blank" title="GITHUB" class=tooltip>
                            <i class="fa fa-github"></i>
                        </a>
                    </td>
                    
                    <td>
                        <a href="https://gitee.com/ylfjmy/" target="_blank" title="码云" class=tooltip>
                            <i class="fa fa-gg"></i>
                        </a>
                    </td>
                    
                    <td>
                        <a href="mailto:bozwork@163.com" target="_blank" title="邮件" class=tooltip>
                            <i class="fa fa-envelope"></i>
                        </a>
                    </td>
                    
                </tr>
            </table>
        </div>
        
    </div>
</aside>

            
            <section id="main"><article id="post-CAS（乐观锁）的原理解析" class="article article-type-post" itemscope itemprop="blogPost">
    <div class="article-inner">
        
        
            <header class="article-header">
                
    
        <h1 class="article-title" itemprop="name">
            CAS（乐观锁）的原理解析
        </h1>
    

                
                    <div class="article-meta">
                        
    
        
        <span class="label label-warning"
              style="float: left;padding: 3px 5px 3px 5px;margin-right: 15px;
                      margin-top: 3px; font-size: 0.9em;">转载</span>
        
    
        
    

                        
    <div class="article-date">
        <i class="fa fa-calendar"></i>
        <a href="/2021/09/16/CAS（乐观锁）的原理解析/">
            <time datetime="2021-09-16T02:09:00.000Z" itemprop="datePublished">2021-09-16</time>
        </a>
    </div>


                        
    <div class="article-category">
    	<i class="fa fa-folder"></i>
        <a class="article-category-link" href="/categories/Java/">Java</a>
    </div>

                        <!-- 
    <div class="article-tag">
        <i class="fa fa-tag"></i>
        <a class="tag-link" href="/tags/Java/">Java</a>, <a class="tag-link" href="/tags/转载/">转载</a>
    </div>
 -->
                    </div>
                
            </header>
        
        
        <div class="article-entry" itemprop="articleBody">
        
            
            <p>CAS（比较与交换，Compare and swap） 是一种有名的<strong>无锁算法</strong>，它是乐观锁的一种实现方式。所以在进行CAS原理分析的时候，我们先来了解什么是乐观锁，什么是悲观锁。</p>
<a id="more"></a>
<h2 id="乐观锁与悲观锁"><a href="#乐观锁与悲观锁" class="headerlink" title="乐观锁与悲观锁"></a>乐观锁与悲观锁</h2><p>乐观锁和悲观锁是在数据库中引入的名词，但是在我们Java的JUC里面的锁也引入类似的思想！我们来看看两种锁的概念</p>
<p><strong>悲观锁</strong></p>
<p>悲观锁指对数据被外界修改持保守态度，认为数据很容易就会被其他线程修改，所有在数据被处理前先对数据进行加锁，并在整个数据处理过程中，使数据处于锁定状态。我们的传统数据库就会用到这种排它锁的机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在操作之前上锁，操作结束提交事务之后释放锁！在Java中像Synchronized同步术语，ReentrantLock等也是悲观锁！而像volatile关键字虽然是synchronized关键字的轻量级实现，但是其无法保证原子性，所以一般也要搭配锁使用。</p>
<p><strong>乐观锁</strong></p>
<p>乐观锁是相对悲观锁来说，它认为数据在一般情况下不会造成冲突，别人不会去修改，所以在访问记录前不会加排它锁。但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号，时间戳来等记录。因为不加锁，所以乐观锁在多读的情况下，可以极大的提升我们的吞吐量。在我们的数据库中提供了类似write_condition机制，在Java中JUC下的原子变量类也是使用了乐观锁的一种实现方式CAS，也就是我们下面即将介绍的！</p>
<h2 id="CAS（Compare-And-Swap）原理解析"><a href="#CAS（Compare-And-Swap）原理解析" class="headerlink" title="CAS（Compare And Swap）原理解析"></a>CAS（Compare And Swap）原理解析</h2><p>Java中，锁在并发处理中占据了一席之地，但是使用锁有一个不好的地方，就是当一个线程没有获取到锁时会被阻塞挂起，这会导致线程上下文的切换和重新调度开销。Java提供了非阻塞的volatile关键字来解决共享变量的可见性问题，这在一定程度上弥补了锁带来的开销问题，但是volatile只能保证共享变量的可见性，不能解决读改一写等的原子性问题。</p>
<p>CAS就是是JDK提供的非阻塞原子性操作，通过硬件保证了比较-更新操作的原子性。它的主要原理如下:</p>
<p>CAS有三个操作数</p>
<ul>
<li>内存值v</li>
<li>旧的预期值A</li>
<li>要修改的新值B</li>
</ul>
<p>当多个线程尝试使用CAS同时更新一个变量的时候，只有一个能够更新成功。那就是当我们的内存值V和旧的预期值A相等的情况下，才能将内存值V修改成B！然后失败的线程不会挂起，而是被告知失败，可以继续尝试（自旋）或者什么都不做！</p>
<p><strong>尝试重试</strong></p>
<p>我们可以假设有两个线程，一个线程1，一个线程2,同时对我们的内存值进行自增！我们的内存值刚开始是0，旧的预期值也是0。</p>
<ul>
<li>这个时候线程1进来了，由于我们的内存值和旧的预期值相等，所以更新我们的内存值为要修改的新值1</li>
<li>当线程1结束之后，线程2进来了，要对我们的内存值进行修改。但是发现我们的内存A（此时为1）和我们的旧的预期值不相等（此时为0）不相等，所以不能将内存值更新为我们的预期值（预期值为2），所以只能进行将旧的预期值更新为内存值（此时旧的预期值 == 内存值），并告知下一次再试试！</li>
<li>当我们的线程2重试更新内存值，此时内存值（此时为1）与我们的旧的预期值（此时为1）相等，所以可以将我们的内存值更新为我们的预期值（2）。</li>
</ul>
<p>所以，哪怕没有加锁，我们也能实现线程安全。</p>
<p><strong>什么都不做</strong></p>
<p>同样的，我们举例有两个线程，一个线程1，一个线程2；我们两个线程都要对内存进行更新为10。</p>
<ul>
<li>我们假设线程1先进来，此时内存值与我们的旧的预期值都为0，所以可以更新，将我们要修改的新值10赋值给了内存值，完成了更新</li>
<li>当线程1完成之后，线程2进来要对我们的内存值进行修改为10，但是发现内存值与旧的预期值不相同（此时一个为10，一个为0），所以只能将旧的预期值更新为内存值，同时被告知了下次不用重试了。（因为我们的目的是将内存值更新为10，显然我们的目的已经完成了）</li>
</ul>
<h2 id="ABA-问题"><a href="#ABA-问题" class="headerlink" title="ABA 问题"></a>ABA 问题</h2><p>关于CAS还有一个比较典型的问题，那就是ABA问题。</p>
<p>ABA问题的产生是因为变量的状态值产生了环形转换，就是变量的值可以从A到B，然后再从B到A。举个例子：</p>
<ul>
<li>现在我有一个变量<code>count=10</code>，现在有三个线程，分别为A、B、C</li>
<li>线程A和线程C同时读到count变量，所以线程A和线程C的内存值和预期值都为10</li>
<li>此时线程A使用CAS将count值修改成100</li>
<li>修改完后，就在这时，线程B进来了，读取得到count的值为100(内存值和预期值都是100)，将count值修改成10</li>
<li>线程C拿到执行权，发现内存值是10，预期值也是10，将count值修改成11</li>
</ul>
<p>我们重点放在C上面，虽然我们的C成功的修改了值。但是内存值和预期值和我们原来的相同，C就不知道之前这个变量已经被两个线程操作过了。所以就会有一定的风险。举个风险通俗的例子：</p>
<p>小明在提款机，提取了50元，因为提款机问题，有两个线程，同时把余额从100变为50。</p>
<ul>
<li>线程1（提款机）：获取当前值100，期望更新为50</li>
<li>线程2（提款机）：获取当前值100，期望更新为50</li>
<li>线程1成功执行，线程2某种原因block了，这时，某人给小明汇款50</li>
<li>线程3（默认）：获取当前值50，期望更新为100。这时候线程3成功执行，余额变为100</li>
<li>线程2从Block中恢复，获取到的也是100，compare之后，继续更新余额为50！！！</li>
</ul>
<p>此时可以看到，实际余额应该为100（100-50+50），但是实际上变为了50（100-50+50-50）这就是ABA问题带来的成功提交。</p>
<p>我们针对这个思考，如果变量的值只能朝着一个方向转换，比如A到B，B再到C，不构成环形，就不会存在问题。在我们的Java中提供了两个原子类，为我们提供了版本号（时间戳）的方法解决了该问题！</p>
<p>（<code>AtomicStampedReference</code>和<code>AtomicMarkableReference</code>）。</p>
<p>这样我们的A-B-A就会变成1A-2B-3A这种存在，就不存在环形问题了。</p>
<h2 id="总结"><a href="#总结" class="headerlink" title="总结"></a>总结</h2><p>我们的CAS虽然解决了原子性，避免了锁的不必要开销。但是还是存在三个问题。</p>
<p><strong>第一个问题就是自旋时间长开销大！</strong>有时候自旋时间过长，消耗CPU资源，如果资源竞争激烈，多线程自旋长时间消耗资源。所以我们通过具体场景来选择加锁还是通过CAS来解决，CAS是适用于多读的环境的，如果是大量读写的操作的话，还是加锁吧！</p>
<p><strong>第二个问题就是我们的ABA问题！</strong>在上面已经具体介绍了，以及给上了解决方法。</p>
<p><strong>第三个问题就是我们的CAS只能保证一个共享变量的原子操作。</strong>也就是说我们只能对一个变量进行赋值，不能同时更新多个。 解决的方法：把多个共享变量合并成一个共享变量。然后使用我们的AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性。</p>

        
        </div>
        <footer class="article-footer">
            
    <div class="article-tag">
        <i class="fa fa-tag"></i>
        <a class="tag-link" href="/tags/Java/">Java</a>, <a class="tag-link" href="/tags/转载/">转载</a>
    </div>

            <div class="share-container">



</div>

    <!--
<a data-url="https://ylfjmy.gitee.io/2021/09/16/CAS（乐观锁）的原理解析/" data-id="cktmb8pss0000f0p6hqdcuxnd" class="article-share-link"><i class="fa fa-share"></i>分享到</a>
<script>
    (function ($) {
        // Prevent duplicate binding
        if (typeof(__SHARE_BUTTON_BINDED__) === 'undefined' || !__SHARE_BUTTON_BINDED__) {
            __SHARE_BUTTON_BINDED__ = true;
        } else {
            return;
        }
        $('body').on('click', function() {
            $('.article-share-box.on').removeClass('on');
        }).on('click', '.article-share-link', function(e) {
            e.stopPropagation();

            var $this = $(this),
                url = $this.attr('data-url'),
                encodedUrl = encodeURIComponent(url),
                id = 'article-share-box-' + $this.attr('data-id'),
                offset = $this.offset(),
                box;

            if ($('#' + id).length) {
                box = $('#' + id);

                if (box.hasClass('on')){
                    box.removeClass('on');
                    return;
                }
            } else {
                var html = [
                    '<div id="' + id + '" class="article-share-box">',
                        '<input class="article-share-input" value="' + url + '">',
                        '<div class="article-share-links">',
                            '<a href="https://twitter.com/intent/tweet?url=' + encodedUrl + '" class="fa fa-twitter article-share-twitter" target="_blank" title="Twitter"></a>',
                            '<a href="https://www.facebook.com/sharer.php?u=' + encodedUrl + '" class="fa fa-facebook article-share-facebook" target="_blank" title="Facebook"></a>',
                            '<a href="http://pinterest.com/pin/create/button/?url=' + encodedUrl + '" class="fa fa-pinterest article-share-pinterest" target="_blank" title="Pinterest"></a>',
                            '<a href="https://plus.google.com/share?url=' + encodedUrl + '" class="fa fa-google article-share-google" target="_blank" title="Google+"></a>',
                        '</div>',
                    '</div>'
                ].join('');

              box = $(html);

              $('body').append(box);
            }

            $('.article-share-box.on').hide();

            box.css({
                top: offset.top + 25,
                left: offset.left
            }).addClass('on');

        }).on('click', '.article-share-box', function (e) {
            e.stopPropagation();
        }).on('click', '.article-share-box-input', function () {
            $(this).select();
        }).on('click', '.article-share-box-link', function (e) {
            e.preventDefault();
            e.stopPropagation();

            window.open(this.href, 'article-share-box-window-' + Date.now(), 'width=500,height=450');
        });
    })(jQuery);
</script>
-->

            
    

        </footer>
    </div>
    
        
<nav id="article-nav">
    
    
        <a href="/2018/12/19/Linux常用命令汇总/" id="article-nav-older" class="article-nav-link-wrap">
            <strong class="article-nav-caption">下一篇</strong>
            <div class="article-nav-title">Linux常用命令汇总</div>
        </a>
    
</nav>


    
</article>


    <!--

    <section id="comments">
    
    </section>

-->
</section>
            
                <aside id="sidebar">
   
        
    <div class="widget-wrap">
        <h3 class="widget-title">分类</h3>
        <div class="widget">
            <ul class="category-list"><li class="category-list-item"><a class="category-list-link" href="/categories/Docker/">Docker</a><span class="category-list-count">1</span></li><li class="category-list-item"><a class="category-list-link" href="/categories/Java/">Java</a><span class="category-list-count">1</span></li><li class="category-list-item"><a class="category-list-link" href="/categories/Linux/">Linux</a><span class="category-list-count">2</span></li><li class="category-list-item"><a class="category-list-link" href="/categories/MySQL/">MySQL</a><span class="category-list-count">2</span></li><li class="category-list-item"><a class="category-list-link" href="/categories/Redis/">Redis</a><span class="category-list-count">2</span></li><li class="category-list-item"><a class="category-list-link" href="/categories/git/">git</a><span class="category-list-count">1</span></li><li class="category-list-item"><a class="category-list-link" href="/categories/其它/">其它</a><span class="category-list-count">1</span></li></ul>
        </div>
    </div>

    
        
    <div class="widget-wrap">
        <h3 class="widget-title">归档</h3>
        <div class="widget">
            <ul class="archive-list"><li class="archive-list-item"><a class="archive-list-link" href="/archives/2021/09/">九月 2021</a><span class="archive-list-count">1</span></li><li class="archive-list-item"><a class="archive-list-link" href="/archives/2018/12/">十二月 2018</a><span class="archive-list-count">5</span></li><li class="archive-list-item"><a class="archive-list-link" href="/archives/2018/09/">九月 2018</a><span class="archive-list-count">1</span></li><li class="archive-list-item"><a class="archive-list-link" href="/archives/2018/08/">八月 2018</a><span class="archive-list-count">1</span></li><li class="archive-list-item"><a class="archive-list-link" href="/archives/2018/07/">七月 2018</a><span class="archive-list-count">2</span></li></ul>
        </div>
    </div>

    
        
    <div class="widget-wrap">
        <h3 class="widget-title">标签</h3>
        <div class="widget">
            <ul class="tag-list"><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/Docker/">Docker</a><span class="tag-list-count">1</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/Java/">Java</a><span class="tag-list-count">1</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/Linux/">Linux</a><span class="tag-list-count">2</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/MySQL/">MySQL</a><span class="tag-list-count">2</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/Redis/">Redis</a><span class="tag-list-count">2</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/git/">git</a><span class="tag-list-count">1</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/其它/">其它</a><span class="tag-list-count">1</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/原创/">原创</a><span class="tag-list-count">7</span></li><li class="tag-list-item"><a class="tag-list-link" href="/tags/转载/">转载</a><span class="tag-list-count">3</span></li></ul>
        </div>
    </div>

    
        
    <div class="widget-wrap">
        <h3 class="widget-title">标签云</h3>
        <div class="widget tagcloud">
            <a href="/tags/Docker/" style="font-size: 10px;">Docker</a> <a href="/tags/Java/" style="font-size: 10px;">Java</a> <a href="/tags/Linux/" style="font-size: 13.33px;">Linux</a> <a href="/tags/MySQL/" style="font-size: 13.33px;">MySQL</a> <a href="/tags/Redis/" style="font-size: 13.33px;">Redis</a> <a href="/tags/git/" style="font-size: 10px;">git</a> <a href="/tags/其它/" style="font-size: 10px;">其它</a> <a href="/tags/原创/" style="font-size: 20px;">原创</a> <a href="/tags/转载/" style="font-size: 16.67px;">转载</a>
        </div>
    </div>

    
        
    <div class="widget-wrap widget-list">
        <h3 class="widget-title">链接</h3>
        <div class="widget">
            <ul>
                
                    <li>
                        <a href="http://hexo.io">Hexo</a>
                    </li>
                
            </ul>
        </div>
    </div>


    
    <div id="toTop" class="fa fa-angle-up"></div>
</aside>
            
        </div>
        <!--<footer id="footer">
    <div class="outer">
        <div id="footer-info" class="inner">
            &copy; 2021 Zhang Bo<br>
            Powered by <a href="http://hexo.io/" target="_blank">Hexo</a>. Theme by <a href="http://github.com/ppoffice">PPOffice</a>
        </div>
    </div>
</footer>-->
        

    
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lightgallery.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-thumbnail.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-pager.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-autoplay.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-fullscreen.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-zoom.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-hash.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-share.min.js"></script>
        <script src="/vendor/lightgallery/js/lg-video.min.js"></script>
    
    



<!-- Custom Scripts -->
<script src="/js/main.js"></script>

    </div>
</body>
</html>